인간 인지 초월해 학습하는 인공 망막 기술 개발

박준홍(경상국립대)·오누리 교수팀(한양대) 공동연구
차세대 신경망 반도체 소자 구현

왼쪽부터 박준홍 경상국립대 교수, 오누리 한양대 교수, 심수빈 씨(경상국립대 석사과정), 김성찬 씨(한양대 석박 통합과정).

인간은 망막을 통해 대량의 시각 정보를 수집해 정보를 학습하고 처리한다. 이러한 인간의 인지와 학습 기능을 인공적으로 구현하는 생체모사 반도체 기술이 급격히 진화 중이며, 사고로 인해 손상된 감각 기관을 대체해 환자에게 이식하거나, 선천적 인지 기능의 강화가 근미래에 구현될 것으로 기대된다. 하지만 기존 기술은 개별적으로 구성된 센서와 연산 모듈로 인해 데이터 병목 현상과 전력 소모에 기술 난제가 있다.

특히 기존의 인공 망막 소자 기술은, 주로 가시광선 영역에서의 정보를 수집해 처리 능력을 주로 구현하였지만, 1000nm 이상의 적외선을 통해 입력되는 정보에 대한 기억과 처리 능력 구현은 아직 미진하다.

최근 국내 연구진에 의해 인간의 망막 구조를 모방해, 인간의 인지 범위를 넘어서는 적외선 영역 신호를 인식하고 학습 가능한 인공 망막 반도체 소자 기술이 개발됐다.

경상국립대 공과대학 나노·신소재공학부 박준홍 교수팀과 한양대학교 오누리 교수팀은 공동으로 적외선 감응 특화 양자점과 2차원 반도체 소재를 활용해 미지의 영역이었던 비욘드 Si(1000nm) 대 이상 적외선 신호를 처리하는 차세대 신경망 반도체 소자를 구현하는 데 성공했다고 밝혔다.

박준홍-오누리 교수 연구팀은 1000nm 이상 적외선 파장 감응에 특화된 친환경 양자점을 고속 전하 이동도를 가진 2차원 반도체 채널에 적층해, 인간의 망막을 모방한 반데르발스 접합의 신경망 반도체 소자를 설계했다. 적층된 양자점 층은 적외선이 가해짐에 따라 유도 전하가 생성되고, 이 전하는 반데르발스 계면을 통해 2차원 반도체 채널로 전송돼 정보를 처리한다.

이번 연구에서는 전하의 생성과 전송 효율을 극대화해, 1000nm 이상 적외선 영역에서 기존에 발표된 이종 적층 소자보다 우수한 감응도를 확보했다.